Thiết kế và thi công mô hình nhà thông minh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH NHÀ THƠNG MINH Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Giảng viên hướng dẫn : ThS Nguyễn Cao Trí Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Phan Duy Long 1811020104 18DDCA1 Trần Đăng Huy 1811020031 18DDCA1 Phạm Minh Đức 1811021032 18DDCA1 TP Hồ Chí Minh, 2022 PHIẾU ĐĂNG KÝ ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN/KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Hệ: …………CQ……………… (CQ, LT, B2, VLVH) Họ tên sinh viên/ nhóm sinh viên đăng ký đề tài (sĩ số nhóm 03): (1) Phan Duy Long MSSV: 1811020104… Lớp: 18DDCA1 Điện thoại: 0935264995 Email:duylong02072000@gmail.com (2) Phạm Minh Đức MSSV: 1811021032… Lớp: 18DDCA1 Điện thoại: 0917280532 Email:minhduc101120@gmail.com (3) Trần Đăng Huy MSSV: 1811020031… Lớp: 18DDCA1 Điện thoại: 0925874180 Ngành Email:trandanghuyddca1@gmail.com : Kỹ thuật điện, điện tử Chuyên ngành : Kỹ thuật điện Tên đề tài đăng ký : Thiết kế thi công mô hình Nhà thơng minh Sinh viên hiểu rõ yêu cầu đề tài cam kết thực đề tài theo tiến độ hoàn thành thời hạn TP HCM, ngày 01 tháng 04 năm 2022 Sinh viên đăng ký (Ký ghi rõ họ tên) Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) i PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Mỗi sinh viên phiếu, GVHD ghi rõ tên đề tài nhiệm vụ sinh viên GVHD chuyển cho SV để nộp VP Viện.) Sinh viên thực đề tài Họ tên : Phan Duy Long MSSV : 1811020104 Lớp :18DDCA1 Điện thoại : 0935264995 Email : duylong02072000@gmail.com Ngành : Kỹ thuật điện, điện tử Tên đề tài: Thiết kế thi cơng mơ hình Nhà thơng minh Nhiệm vụ thực đề tài:  Nghiên cứu mơ hình nhà thơng minh, chọn mơ hình thích hợp  Tìm hiểu nguyên lý hoạt động nhà thông minh, loại cảm biến, cấu điều khiển  Nghiên cứu chọn vi xử lý ngôn ngữ lập trình phù hợp  Viết đề cương chi tiết  Vẽ lưu đồ giải thuật điều khiển  Lập trình điều khiển TP HCM, ngày 25 tháng 04 năm 2022 Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) Sinh viên thực (Ký ghi rõ họ tên) ii PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Mỗi sinh viên phiếu, GVHD ghi rõ tên đề tài nhiệm vụ sinh viên GVHD chuyển cho SV để nộp VP Viện.) Sinh viên thực đề tài Họ tên : Phạm Minh Đức MSSV : 1811021032 Lớp :18DDCA1 Điện thoại : 0917280532 Email : minhduc101120@gmail.com Ngành : Kỹ thuật điện, điện tử Tên đề tài: Thiết kế thi cơng mơ hình Nhà thông minh Nhiệm vụ thực đề tài:  Nghiên cứu mơ hình nhà thơng minh  Tìm hiểu ngun lý hoạt động nhà thơng minh, loại cảm biến, cấu điều khiển  Nghiên cứu chọn vi xử lý  Tham gia viết đề cương chi tiết vẽ lưu đồ giải thuật điều khiển  Tham gia thiết kế thi công, lắp ráp mơ hình  Chọn loại cảm biến cấu chấp hành phù hợp với mơ hình  Lắp ráp, kết nối cảm biến, cấu điều khiển, vi xử lý, nguồn TP HCM, ngày 25 tháng 04 năm 2022 Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) Sinh viên thực (Ký ghi rõ họ tên) iii PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Mỗi sinh viên phiếu, GVHD ghi rõ tên đề tài nhiệm vụ sinh viên GVHD chuyển cho SV để nộp VP Viện.) Sinh viên thực đề tài Họ tên : Trần Đăng Huy MSSV : 1811020031 Lớp :18DDCA1 Điện thoại : 0925874180 Email : trandanghuyddca1@gmail.com Ngành : Kỹ thuật điện, điện tử 10 Tên đề tài: Thiết kế thi công mô hình Nhà thơng minh 11 Nhiệm vụ thực đề tài:  Nghiên cứu mơ hình nhà thơng minh chọn mơ hình thích hợp  Tìm hiểu nguyên lý hoạt động nhà thông minh, loại cảm biến, cấu điều khiển  Nghiên cứu chọn vi xử lý  Tham gia viết đề cương chi tiết  Vẽ lưu đồ giải thuật điều khiển  Thiết kế thi cơng lắp ráp mơ hình TP HCM, ngày 25 tháng 04 năm 2022 Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) Sinh viên thực (Ký ghi rõ họ tên) iv LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 31 Tháng năm2022 ( Ký ghi rõ họ tên ) v LỜI CẢM ƠN Chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Cao Trí suốt trình thực đề tài này, thầy người đồng hành chúng em với dẫn tận tình, lời góp ý nhận xét kinh nghiệm quý báu Thầy truyền đạt tạo điều kiện thuận lợi giúp chúng em hoàn thành tốt đề tài Chúng em xin cảm ơn đến thầy, cô khoa Kỹ thuật điện giảng dạy cho chúng em kiến thức tảng để chúng em có tiền đề để thực đề tài đồ án tốt nghiệp Nhóm tác giả xin chân thành cảm ơn Tp Hồ Chí Minh, ngày 31 tháng năm 2022 Sinh viên thực (Ký ghi rõ họ tên) vi Tóm tắt Luận văn trình bày thành chương với nội dung sau: Chương Giới thiệu đề tài: Ở chương này, chúng em trình bày lý chọn đề tài, mục tiêu, tầm quan trọng, mục đích nghiên cứu, tình hình nghiên cứu, phạm vi nguyên cứu ý nghĩa đề tài Chương Tổng quan giải pháp công nghệ: Chương đề cập đến khái niệm, ưu nhược điểm IoT Khái niệm thành phần có nhà thơng minh Chương Phương pháp giải quyết: Ở chương trình bày xử lý trung tâm, LCD, cảm biến, quạt, loa, servo, relay Giới thiệu phần mềm lập trình Arduino IDE phần mềm Blynk IoT Sơ đồ khối, lưu đồ giải thuật nguyên lý hoạt động Chương Quy trình thiết kế phần cứng phần mềm: Ở chương trình bày quy trình thiết kế phần cứng mềm Chương Thi cơng mơ hình thực nghiệm: Chương trình bày mơ hình hồn thiện, q trình hoạt động hệ thống, kết đạt sau q trình thực thiết kế, thi cơng thực nghiệm mơ hình Chương Kết luận: Kết đạt đề tài, hạn chế hướng phát triển hệ thống vii Abstract The thesis is divided into chapters with the following main contents: Chapter Introduction to the topic: In this chapter, we present the reason for choosing the topic, the objective, the importance, the research purpose, the research situation, the research scope as well as the meaning of the topic Chapter Overview of technology solutions: This chapter deals with the concept, advantages and disadvantages of IoT Concept and basic components possible in smart home Chapter Solution: In this chapter, the central processor, LCD, sensor, fan, speaker, servo, and relay are presented Introduction to the Arduino IDE programming software and Blynk IoT 2.0 software Block diagram, algorithm flowchart and operating principle Chapter Hardware and software design process: This chapter presents the hardware and software design process Chapter Construction of the experimental model: This chapter presents the completed model, the operation process of each system, the results obtained after the process of designing, constructing and testing the model Chapter Conclusion: The results of the topic, limitations and development direction of the system viii MỤC LỤC Chương 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết đề tài .1 1.2 Đặt vấn đề 1.2.1 Tầm quan trọng .1 1.2.2 Ý nghĩa đề tài 1.2.3 Lý chọn đề tài .2 1.3 Tình hình nghiên cứu .3 1.4 Mục đích nghiên cứu 1.5 Nhiệm vụ nghiên cứu 1.6 Phương pháp nghiên cứu .5 1.7 Phạm vi nghiên cứu 1.8 Kết cấu đề tài Chương 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ 2.1 Iot gì? 2.1.1 Ưu nhược điểm IoT .6 2.1.1.1 Ưu điểm 2.1.1.2 Nhược điểm 2.2 Nhà thơng minh gì? 2.2.1 Các thành phần nhà thông minh 2.2.1.1 Hệ thống chiếu sáng 2.2.1.2 Hệ thống an ninh 2.2.1.3 Hệ thống quan sát, thông tin liên lạc 2.2.1.4 Hệ thống quản lý tiêu thụ lượng 2.2.1.5 Hệ thống cảm biến báo động 2.2.1.6 Hệ thống xử lý trung tâm, điều khiển, giám sát từ xa Chương 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 10 3.1 Thu thập phân tích liệu 10 3.1.1 Dữ liệu phần cứng .10 3.1.1.1 Kit RF thu phát Wifi BLUE ESP32 NodeMCU-32S CH340 AiThinker 10 3.1.1.2 Màn hình LCD1602 tích hợp module chuyển đổi I2C 15 3.1.1.3 Cảm biến khí Gas (LPG/CO/CH4) MQ-2 17 3.1.1.4 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 19 3.1.1.5 Mạch cảm biến nước mưa (Rain water sensor) .20 3.1.1.6 Cảm biến thân nhiệt chuyển động PIR HC-SR501 21 3.1.1.7 Cảm biến cường độ ánh sáng BH1750 Digital Light Sensor 22 3.1.1.8 Mạch RFID NFC 13.56Mhz RC522 23 ix PHỤ LỤC PHẦN MỀM Code điều khiển: char auth[] = "MITGJ_leNJVX4YDWAjvMEjXgjTEuMsWP"; char ssid[] = "DiLong"; //TÊN WIFI char pass[] = "86920long"; //MẬT KHẨU WIFI #include #include #include #include #include #include #include LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2); float h; float t; const int DHTPIN = 15; const int DHTTYPE = DHT11; #define FanDHT11 17 DHT dht(DHTPIN,DHTTYPE); #define RST_PIN #define SS_PIN int UID[4], i; int ID[4] = {83, 138, 70, 010}; int SpeakerRFID = 16; MFRC522 mfrc522(SS_PIN, RST_PIN); int RainSensor = 34; Servo RFIDSERVO; Servo RAINSERVO; 61 int rfidservo = 25; int rainservo = 26; int goc ; int gocc=0; #define CoriSR501 36 int CoriLight = 32; #define ToiletSR501 39 int ToiletLight = 13; BH1750 LightMeter(0x23); #define LMLight 14 int GasSensor = 33; #define RelayGas 27 int Value; #define WarningSR501 35 int WarningSpeaker = 12; unsigned long timesReadSensor=millis(); // #include #include #define BLYNK_PRINT Serial boolean runMode=0; WidgetLED LEDCONNECT(V0); #define RUNMODE #define DEN V1 V2 #define DENTOILET #define CUA V3 V4 #define SAOPHOIDO V5 62 #define CAMBIENMUA V6 #define CAMBIENANHSANG V7 #define NHIETDO #define DOAM V8 V9 #define CAMBIENKHIGAS V10 #define QUATDHT11 V11 #define QUATGAS V12 #define DENVUON V14 #define BAOTROM V13 void setup() { Serial.begin(115200); { dht.begin (); // KHỞI ĐỘNG CẢM BIẾN lcd.init(); // khởi động LCD lcd.backlight(); // mở đèn lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Do am: "); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("Nhiet do: "); pinMode(FanDHT11, OUTPUT); } { pinMode(SpeakerRFID, OUTPUT); RFIDSERVO.attach(rfidservo); RFIDSERVO.write(180); 63 digitalWrite(SpeakerRFID, LOW); SPI.begin(); mfrc522.PCD_Init(); } { pinMode(RainSensor, INPUT); RAINSERVO.attach(rainservo); RAINSERVO.write(0); } { pinMode(CoriSR501, INPUT); pinMode(CoriLight, OUTPUT); digitalWrite(CoriLight, LOW); pinMode(ToiletSR501, INPUT); pinMode(ToiletLight, OUTPUT); digitalWrite(ToiletLight,LOW ); } {pinMode(WarningSR501, INPUT); pinMode(WarningSpeaker, OUTPUT); digitalWrite(WarningSpeaker,LOW );} { Wire.begin(); LightMeter.begin(); pinMode(LMLight, OUTPUT); } { pinMode(GasSensor, INPUT); pinMode (RelayGas, OUTPUT); digitalWrite(RelayGas, LOW); 64 } WiFi.begin(ssid, pass); Serial.println(); Serial.print("Connecting to "); Serial.println(ssid); while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) { delay(500); Serial.print("."); } Serial.println(""); Serial.println("WiFi connected"); Serial.println("IP address: "); Serial.println(WiFi.localIP()); Blynk.config(auth,"blynk.cloud", 80); Blynk.connect(); } void loop() { Blynk.run(); if(runMode==1) { { if(digitalRead(CoriSR501) == HIGH) { digitalWrite(CoriLight, HIGH); } else { digitalWrite(CoriLight, LOW); } } { 65 if(digitalRead(ToiletSR501) == HIGH) { digitalWrite(ToiletLight, HIGH); } else { digitalWrite(ToiletLight, LOW);} } { if(digitalRead(WarningSR501) == HIGH) { digitalWrite(WarningSpeaker, HIGH); } else { digitalWrite(WarningSpeaker, LOW);} } { int digital = digitalRead(RainSensor); if (digital == 0) { RAINSERVO.write(gocc -=180); if(gocc180) { gocc=180; } } } } 66 if(millis()-timesReadSensor>1000) { { if (LEDCONNECT.getValue()) { LEDCONNECT.off();} else { LEDCONNECT.on(); } Blynk.virtualWrite(DEN,digitalRead(CoriLight)); Blynk.virtualWrite(DENTOILET,digitalRead(ToiletLight)); Blynk.virtualWrite(BAOTROM,digitalRead(WarningSpeaker)); if(digitalRead(RainSensor)==0) { Blynk.virtualWrite(CAMBIENMUA,"Trời mưa!"); } else { Blynk.virtualWrite(CAMBIENMUA,"Trời không mưa!"); } float lux = LightMeter.readLightLevel(); Blynk.virtualWrite(CAMBIENANHSANG,lux); Blynk.virtualWrite(DENVUON,digitalRead(LMLight)); if(runMode==1){ if (lux < 30){ digitalWrite(LMLight, HIGH); }else{ digitalWrite(LMLight,LOW); } } } { Value = analogRead(GasSensor); Blynk.virtualWrite(CAMBIENKHIGAS,Value); 67 if(runMode==1) { if(Value >500) { digitalWrite(RelayGas, HIGH); // delay(5000); } else { digitalWrite(RelayGas, LOW); } } } { float h = dht.readHumidity(); float t = dht.readTemperature(); lcd.setCursor(7,0); lcd.print(h); lcd.setCursor(12,0); lcd.print("%"); Blynk.virtualWrite(NHIETDO,t); Blynk.virtualWrite(DOAM,h); if(runMode==1) { if (h>80) { digitalWrite(FanDHT11,HIGH); } else { digitalWrite(FanDHT11,LOW); } } lcd.setCursor(10,1); lcd.print(t); lcd.setCursor(15,1); 68 lcd.print("C"); } Blynk.virtualWrite(QUATDHT11,digitalRead(FanDHT11)); Blynk.virtualWrite(QUATGAS,digitalRead(RelayGas)); timesReadSensor=millis(); } { if (!mfrc522.PICC_IsNewCardPresent()) { return; } if (!mfrc522.PICC_ReadCardSerial()) { return; } Serial.print("UID thẻ là: "); for (byte i=0; i < mfrc522.uid.size; i++){ Serial.print(mfrc522.uid.uidByte[i] < 0x10 ? " 0" : " "); UID[i] = mfrc522.uid.uidByte[i]; Serial.print(UID[i]); } Serial.println(" "); if (UID[i] == ID[i]){ digitalWrite(SpeakerRFID, HIGH); delay(100); digitalWrite(SpeakerRFID, LOW); delay(100); digitalWrite(SpeakerRFID, HIGH); 69 delay(50); digitalWrite(SpeakerRFID, LOW); delay(50); digitalWrite(SpeakerRFID, HIGH); delay(50); digitalWrite(SpeakerRFID, LOW); delay(50); digitalWrite(SpeakerRFID, HIGH); delay(50); digitalWrite(SpeakerRFID, LOW); Blynk.virtualWrite(CUA,HIGH); { for(goc = 180 ; goc > ; goc ){ RFIDSERVO.write(goc); delay(25); } { digitalWrite(SpeakerRFID, HIGH); delay(1000); digitalWrite(SpeakerRFID, LOW); delay(1000); digitalWrite(SpeakerRFID, HIGH); delay(1000); digitalWrite(SpeakerRFID, LOW); delay(1000); digitalWrite(SpeakerRFID, HIGH); delay(1000); 70 digitalWrite(SpeakerRFID, LOW); delay(1000); digitalWrite(SpeakerRFID, HIGH); delay(1000); digitalWrite(SpeakerRFID, LOW); delay(1000); digitalWrite(SpeakerRFID, HIGH); delay(1000); digitalWrite(SpeakerRFID, LOW); } for(goc = ; goc < 180 ; goc ++ ){ RFIDSERVO.write(goc); delay(25); } Blynk.virtualWrite(CUA,LOW); } }else { digitalWrite(SpeakerRFID,HIGH); delay(2000); digitalWrite(SpeakerRFID, LOW); } } } BLYNK_CONNECTED() { Blynk.syncAll(); } BLYNK_WRITE(RUNMODE){ runMode = param.asInt(); } 71 BLYNK_WRITE(DEN){ int p = param.asInt(); if(runMode==0){ digitalWrite(CoriLight,p); } } BLYNK_WRITE(DENTOILET){ int p = param.asInt(); if(runMode==0){ digitalWrite(ToiletLight,p); } } BLYNK_WRITE(BAOTROM){ int p = param.asInt(); if(runMode==0){ digitalWrite(WarningSpeaker,p); } } BLYNK_WRITE(CUA){ int p = param.asInt(); if(runMode==0){ if(p==1){ for(goc = 180 ; goc > ; goc ){ RFIDSERVO.write(goc); delay(25); } digitalWrite(SpeakerRFID, HIGH); delay(1000); digitalWrite(SpeakerRFID, LOW); 72 delay(1000); digitalWrite(SpeakerRFID, HIGH); delay(1000); digitalWrite(SpeakerRFID, LOW); delay(1000); digitalWrite(SpeakerRFID, HIGH); delay(1000); digitalWrite(SpeakerRFID, LOW); delay(1000); digitalWrite(SpeakerRFID, HIGH); delay(1000); digitalWrite(SpeakerRFID, LOW); delay(1000); digitalWrite(SpeakerRFID, HIGH); delay(1000); digitalWrite(SpeakerRFID, LOW); delay(1000); for(goc = ; goc < 180 ; goc ++ ){ RFIDSERVO.write(goc); delay(25); } Blynk.virtualWrite(CUA,LOW); } } } BLYNK_WRITE(SAOPHOIDO){ int p = param.asInt(); if(runMode==0){ if (p == 0){ 73 RAINSERVO.write(gocc -=180); if(gocc180){ gocc=180; Blynk.virtualWrite(SAOPHOIDO,LOW); } } } } BLYNK_WRITE(QUATDHT11){ int p = param.asInt(); if(runMode==0){ digitalWrite(FanDHT11,p); } } BLYNK_WRITE(QUATGAS){ int p = param.asInt(); if(runMode==0){ digitalWrite(RelayGas,p); } } BLYNK_WRITE(DENVUON){ int p = param.asInt(); if(runMode==0){ 74 digitalWrite(LMLight,p); } } 75 ... Hình 4.8 Thi? ??t kế nhà vệ sinh 45 Hình 4.9 Thi? ??t kế báo trộm 46 Hình 4.10 Thi? ??t kế khung mơ hình 46 Hình 4.11 Thi? ??t kế web 47 Hình 4.12 Thi? ??t kế web ... Thi? ??t kế phòng khách 43 Hình 4.4 Thi? ??t kế phịng khách 43 Hình 4.5 Thi? ??t kế bếp .44 Hình 4.6 Thi? ??t kế bếp .44 Hình 4.7 Thi? ??t kế nhà vệ sinh 45 Hình. .. 47 Hình 4.13 Thi? ??t kế web 48 Hình 4.14 Thi? ??t kế web 48 Hình 4.15 Thi? ??t kế web 49 xiii Hình 4.16 Thi? ??t kế web 49 Hình 5.1 Mơ hình hồn chỉnh